JP2001148510A - 窒化物半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
窒化物半導体発光素子の製造方法Info
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- JP2001148510A JP2001148510A JP2000177047A JP2000177047A JP2001148510A JP 2001148510 A JP2001148510 A JP 2001148510A JP 2000177047 A JP2000177047 A JP 2000177047A JP 2000177047 A JP2000177047 A JP 2000177047A JP 2001148510 A JP2001148510 A JP 2001148510A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高い発光効率を有しかつ長寿命の窒化物半導
体発光素子を歩留りよく製造し得る方法を提供する。 【解決手段】 Ｉｎを含有する窒化物半導体発光層と、
その発光層上に形成された窒化物半導体層を含む窒化物
半導体発光素子を気相結晶成長法を利用して製造する方
法は、発光層の成長温度と同じ温度でその発光層上に第
１のＡｌxＧａ1-xＮ（０．０５≦ｘ≦０．２）層を成長
させ、その第１のＡｌxＧａ1-xＮ層の成長温度より高く
かつ８５０℃≦Ｔ≦１０００℃の範囲内の温度Ｔで第２
のＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．３）層を成長させるス
テップを含んでいる。
体発光素子を歩留りよく製造し得る方法を提供する。 【解決手段】 Ｉｎを含有する窒化物半導体発光層と、
その発光層上に形成された窒化物半導体層を含む窒化物
半導体発光素子を気相結晶成長法を利用して製造する方
法は、発光層の成長温度と同じ温度でその発光層上に第
１のＡｌxＧａ1-xＮ（０．０５≦ｘ≦０．２）層を成長
させ、その第１のＡｌxＧａ1-xＮ層の成長温度より高く
かつ８５０℃≦Ｔ≦１０００℃の範囲内の温度Ｔで第２
のＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．３）層を成長させるス
テップを含んでいる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体発光素子（発
光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザ（ＬＤ）など）
の製造方法に関し、特に発光効率と寿命が改善された窒
化物半導体発光素子を歩留りよく提供し得る製造方法に
関するものである。
光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザ（ＬＤ）など）
の製造方法に関し、特に発光効率と寿命が改善された窒
化物半導体発光素子を歩留りよく提供し得る製造方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、またはこれら
の混晶に代表される窒化物半導体は直接遷移型のエネル
ギバンドギャップを有し、中でもＩｎＧａＮの混晶は赤
色から紫外光までの波長範囲内で発光させることが可能
であるので、短波長光を発光させるための半導体として
注目されてきた。従来、ＩｎＧａＮ結晶層を気相成長法
で成長させる場合、その熱分解を抑制するために５００
〜６００℃の比較的低い結晶成長温度が採用されていた
ので、発光強度の弱いＩｎＧａＮ結晶層しか得られなか
った。しかし、近年では、Ｉｎを含むガスの供給モル比
を大きくしかつキャリアガスとして窒素を用いることに
よってＩｎＮの解離が抑制され、その結果として、改善
された品質のＩｎＧａＮ層を８００℃程度の比較的高温
で成長させることが可能になった（Appl. Phys. Lett.,
Vol.59, 2251（1991）参照）。
の混晶に代表される窒化物半導体は直接遷移型のエネル
ギバンドギャップを有し、中でもＩｎＧａＮの混晶は赤
色から紫外光までの波長範囲内で発光させることが可能
であるので、短波長光を発光させるための半導体として
注目されてきた。従来、ＩｎＧａＮ結晶層を気相成長法
で成長させる場合、その熱分解を抑制するために５００
〜６００℃の比較的低い結晶成長温度が採用されていた
ので、発光強度の弱いＩｎＧａＮ結晶層しか得られなか
った。しかし、近年では、Ｉｎを含むガスの供給モル比
を大きくしかつキャリアガスとして窒素を用いることに
よってＩｎＮの解離が抑制され、その結果として、改善
された品質のＩｎＧａＮ層を８００℃程度の比較的高温
で成長させることが可能になった（Appl. Phys. Lett.,
Vol.59, 2251（1991）参照）。
【０００３】また、従来では一般に窒化物半導体材料は
ｐ型の導電性制御が困難であり、電流注入特性の高い窒
化物半導体発光素子を作成することが困難であった。し
かし、近年では、電子線照射や熱アニールの手法を利用
することによって低抵抗のｐ型導電性を有する窒化物半
導体材料が実現された（Jpn. J. Appl. Phys., Vol.28,
L2112（1989）；Jpn. J. Appl. Phys., Vol.31, 1258
（1992）参照）。これらの改善された技術を利用して青
色や緑色を発光し得る窒化物半導体発光ダイオードが実
用化され、さらに青色レーザを室温で連続発振し得る窒
化物半導体レーザが報告されている（Jpn. J. Appl. Ph
ys.,Vol.34, L1332（1995）；Jpn. J. Appl. Phys.,Vo
l.35, L74（1996）参照）。
ｐ型の導電性制御が困難であり、電流注入特性の高い窒
化物半導体発光素子を作成することが困難であった。し
かし、近年では、電子線照射や熱アニールの手法を利用
することによって低抵抗のｐ型導電性を有する窒化物半
導体材料が実現された（Jpn. J. Appl. Phys., Vol.28,
L2112（1989）；Jpn. J. Appl. Phys., Vol.31, 1258
（1992）参照）。これらの改善された技術を利用して青
色や緑色を発光し得る窒化物半導体発光ダイオードが実
用化され、さらに青色レーザを室温で連続発振し得る窒
化物半導体レーザが報告されている（Jpn. J. Appl. Ph
ys.,Vol.34, L1332（1995）；Jpn. J. Appl. Phys.,Vo
l.35, L74（1996）参照）。
【０００４】図４は窒化物半導体発光素子の典型的な一
例としてのＬＥＤ素子を模式的な断面図で示しており、
図５はＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を利用して
このＬＥＤ素子を製造するための先行技術による方法に
おける基板温度の時間変化を示すグラフである。
例としてのＬＥＤ素子を模式的な断面図で示しており、
図５はＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を利用して
このＬＥＤ素子を製造するための先行技術による方法に
おける基板温度の時間変化を示すグラフである。
【０００５】これらの図を参照して、まずステップ５０
１でサファイアＣ面基板４１が１１００℃まで昇温さ
れ、ステップ５０２において水素雰囲気中で熱クリーニ
ングされる。ステップ５０３では基板温度が５５０℃ま
で下げられて、ステップ５０４でその温度が安定化され
た後に、ステップ５０５において基板４１上に厚さ５０
ｎｍのＡｌＮバッファ層４２が成長させられる。ステッ
プ５０６では基板温度が１０５０℃まで上げられ、ステ
ップ５０７においてＳｉドープされたｎ型ＧａＮコンタ
クト層４３が４μｍの厚さに成長させられる。次に、ス
テップ５０８で基板温度が８００℃に下げられて、ステ
ップ５０９でその温度が安定化された後に、ステップ５
１０においてＳｉドープされたＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎ発光層
４４が厚さ２ｎｍに成長させられ、それに続くステップ
５１１ではこの発光層４４のための蒸発防止層としてＭ
ｇドープされたｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層４５が２５ｎｍ
の厚さに成長させられる。そして、ステップ５１２で基
板温度が１０５０℃まで上げられ、ステップ５１３では
Ｍｇドープされたｐ型ＧａＮコンタクト層４６が０．５
μｍの厚さに成長させられ、その後ステップ５１４で冷
却される。
１でサファイアＣ面基板４１が１１００℃まで昇温さ
れ、ステップ５０２において水素雰囲気中で熱クリーニ
ングされる。ステップ５０３では基板温度が５５０℃ま
で下げられて、ステップ５０４でその温度が安定化され
た後に、ステップ５０５において基板４１上に厚さ５０
ｎｍのＡｌＮバッファ層４２が成長させられる。ステッ
プ５０６では基板温度が１０５０℃まで上げられ、ステ
ップ５０７においてＳｉドープされたｎ型ＧａＮコンタ
クト層４３が４μｍの厚さに成長させられる。次に、ス
テップ５０８で基板温度が８００℃に下げられて、ステ
ップ５０９でその温度が安定化された後に、ステップ５
１０においてＳｉドープされたＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎ発光層
４４が厚さ２ｎｍに成長させられ、それに続くステップ
５１１ではこの発光層４４のための蒸発防止層としてＭ
ｇドープされたｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層４５が２５ｎｍ
の厚さに成長させられる。そして、ステップ５１２で基
板温度が１０５０℃まで上げられ、ステップ５１３では
Ｍｇドープされたｐ型ＧａＮコンタクト層４６が０．５
μｍの厚さに成長させられ、その後ステップ５１４で冷
却される。
【０００６】このように成長させられた複数の窒化物半
導体層を含むウェハにおいて、フォトリソグラフィとド
ライエッチングの手法を利用して、ｎ型ＧａＮコンタク
ト層４３の一部が露出させられる。
導体層を含むウェハにおいて、フォトリソグラフィとド
ライエッチングの手法を利用して、ｎ型ＧａＮコンタク
ト層４３の一部が露出させられる。
【０００７】その後、エッチングによって一部が露出さ
せられたｎ型ＧａＮコンタクト層４３の表面にｎ型電極
４７を蒸着し、ｐ型ＧａＮコンタクト層４６の表面にｐ
型透光性電極４８とｐ型電極４９が蒸着される。そして
最後に、ウェハを各ＬＥＤチップに分割して樹脂モール
ドを行なうことによって、ＬＥＤ素子が得られる。
せられたｎ型ＧａＮコンタクト層４３の表面にｎ型電極
４７を蒸着し、ｐ型ＧａＮコンタクト層４６の表面にｐ
型透光性電極４８とｐ型電極４９が蒸着される。そして
最後に、ウェハを各ＬＥＤチップに分割して樹脂モール
ドを行なうことによって、ＬＥＤ素子が得られる。
【０００８】なお、ステップ５１０で発光層４４を成長
させた後で、ステップ５１１でその発光層の成長温度と
同温度で蒸発防止層４５を成長させる前に、結晶成長中
断工程として窒素とアンモニアのみを供給する状態を特
定の時間だけ設ける方法が、特開平９−３６４２９にお
いて開示されている。
させた後で、ステップ５１１でその発光層の成長温度と
同温度で蒸発防止層４５を成長させる前に、結晶成長中
断工程として窒素とアンモニアのみを供給する状態を特
定の時間だけ設ける方法が、特開平９−３６４２９にお
いて開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上述のような先行技術
によるＬＥＤ素子製造方法におけるようにＩｎＧａＮ発
光層４４の成長温度と同じ温度で蒸発防止用保護層４５
を形成した後にコンタクト層４６の成長温度まで昇温す
る方法で作成されたＬＥＤ素子では、未だ十分に満足し
得る発光効率が得られず、歩留りも悪いという課題があ
る。特に、１枚のウェハから複数のチップに切出すこと
によって得られた複数のＬＥＤ素子間において発光出力
のばらつきが大きく、発光出力が２ｍＷのＬＥＤ素子と
０．５ｍＷのＬＥＤ素子の発光パターンを観察したとこ
ろ、低出力のＬＥＤ素子は暗部と明部が混在した不均一
発光を生じていた。さらに、低出力のＬＥＤ素子は寿命
が短く、そのような低出力素子の９０％が通電後すぐに
発光停止に至る。これらの問題はウェハ内における位置
に依存するのみならず異なるウェハ間においても生じ、
ＬＥＤ素子歩留りは約４０％程度の低い値に留まってい
る。これらの問題には、ＡｌＧａＮ保護層４５の成長温
度に依存する結晶性と電気的特性が関連していると考え
られる。
によるＬＥＤ素子製造方法におけるようにＩｎＧａＮ発
光層４４の成長温度と同じ温度で蒸発防止用保護層４５
を形成した後にコンタクト層４６の成長温度まで昇温す
る方法で作成されたＬＥＤ素子では、未だ十分に満足し
得る発光効率が得られず、歩留りも悪いという課題があ
る。特に、１枚のウェハから複数のチップに切出すこと
によって得られた複数のＬＥＤ素子間において発光出力
のばらつきが大きく、発光出力が２ｍＷのＬＥＤ素子と
０．５ｍＷのＬＥＤ素子の発光パターンを観察したとこ
ろ、低出力のＬＥＤ素子は暗部と明部が混在した不均一
発光を生じていた。さらに、低出力のＬＥＤ素子は寿命
が短く、そのような低出力素子の９０％が通電後すぐに
発光停止に至る。これらの問題はウェハ内における位置
に依存するのみならず異なるウェハ間においても生じ、
ＬＥＤ素子歩留りは約４０％程度の低い値に留まってい
る。これらの問題には、ＡｌＧａＮ保護層４５の成長温
度に依存する結晶性と電気的特性が関連していると考え
られる。
【００１０】図６は、ＭｇドープされたＡｌ0.15Ｇａ
0.85Ｎ層の成長温度に依存するＭｇ活性化率を本発明者
が測定した結果を示すグラフである。なお、このグラフ
はＡｌ混晶比ｘが０．１５の場合を示しているが、０≦
Ｘ≦０．３の範囲内ではＭｇ活性化率は図６のグラフと
ほぼ同様である。
0.85Ｎ層の成長温度に依存するＭｇ活性化率を本発明者
が測定した結果を示すグラフである。なお、このグラフ
はＡｌ混晶比ｘが０．１５の場合を示しているが、０≦
Ｘ≦０．３の範囲内ではＭｇ活性化率は図６のグラフと
ほぼ同様である。
【００１１】図６のグラフによれば、７５０℃の成長温
度ではＭｇの活性化率が０．０７５％であり、９００℃
以上の成長温度ではＭｇの活性化率が約１％に達してほ
ぼ飽和する。そして、８５０℃以上の成長温度でＭｇド
ープＡｌＧａＮ保護層を成長させれば、その電気的特性
は満足し得るものとなる。しかし、８５０℃以下の成長
温度ではＭｇ活性化率が急激に減少し、７００℃の成長
温度ではＭｇの活性化率がほぼ０％になってＡｌＧａＮ
保護層が高抵抗になる。他方、ＩｎＧａＮ発光層の成長
温度は６５０〜８００℃である。したがって、従来の方
法ではＩｎＧａＮ発光層の成長温度と同じ温度でＭｇド
ープＡｌＧａＮ保護層が成長させられるので、その保護
層において十分な電気的特性が得られない。
度ではＭｇの活性化率が０．０７５％であり、９００℃
以上の成長温度ではＭｇの活性化率が約１％に達してほ
ぼ飽和する。そして、８５０℃以上の成長温度でＭｇド
ープＡｌＧａＮ保護層を成長させれば、その電気的特性
は満足し得るものとなる。しかし、８５０℃以下の成長
温度ではＭｇ活性化率が急激に減少し、７００℃の成長
温度ではＭｇの活性化率がほぼ０％になってＡｌＧａＮ
保護層が高抵抗になる。他方、ＩｎＧａＮ発光層の成長
温度は６５０〜８００℃である。したがって、従来の方
法ではＩｎＧａＮ発光層の成長温度と同じ温度でＭｇド
ープＡｌＧａＮ保護層が成長させられるので、その保護
層において十分な電気的特性が得られない。
【００１２】また、比較的低温で成長させられたＡｌＧ
ａＮ層４５はその結晶性が悪いので、コンタクト層４６
の成長温度までの昇温に耐えなくて、その電気的特性お
よび保護層としての特性を維持し得ない。このことには
下地であるＩｎＧａＮ発光層４４のモホロジーおよび結
晶性も関連しており、この発光層４４の歪みをＡｌＧａ
Ｎ保護層４５が受け継いでしまうために、その保護層４
５の結晶性により問題を生じさせることになっている。
この問題に対しては、特開平９−３６４２９に開示され
ているように、ＩｎＧａＮ発光層４４の成長後でＡｌＧ
ａＮ保護層４５の成長前に一定の結晶成長中断時間を設
けることにより、ある程度はＩｎＧａＮ発光層４４の結
晶性を改善することができる。これに伴って、発光層４
４上のＡｌＧａＮ保護層４５の結晶性もある程度は改善
できるが、この場合においても依然として、図５に示す
従来のプロセスでは活性層４４の熱劣化を十分には回避
することができない。
ａＮ層４５はその結晶性が悪いので、コンタクト層４６
の成長温度までの昇温に耐えなくて、その電気的特性お
よび保護層としての特性を維持し得ない。このことには
下地であるＩｎＧａＮ発光層４４のモホロジーおよび結
晶性も関連しており、この発光層４４の歪みをＡｌＧａ
Ｎ保護層４５が受け継いでしまうために、その保護層４
５の結晶性により問題を生じさせることになっている。
この問題に対しては、特開平９−３６４２９に開示され
ているように、ＩｎＧａＮ発光層４４の成長後でＡｌＧ
ａＮ保護層４５の成長前に一定の結晶成長中断時間を設
けることにより、ある程度はＩｎＧａＮ発光層４４の結
晶性を改善することができる。これに伴って、発光層４
４上のＡｌＧａＮ保護層４５の結晶性もある程度は改善
できるが、この場合においても依然として、図５に示す
従来のプロセスでは活性層４４の熱劣化を十分には回避
することができない。
【００１３】本発明は、上述のような先行技術における
課題に鑑み、発光効率が高くかつ長寿命の窒化物半導体
発光素子を歩留りよく製造し得る方法を提供することを
目的としている。
課題に鑑み、発光効率が高くかつ長寿命の窒化物半導体
発光素子を歩留りよく製造し得る方法を提供することを
目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、Ｉｎを
含有する窒化物半導体発光層と、その発光層上に形成さ
れた窒化物半導体層を含む窒化物半導体発光素子を気相
結晶成長法を利用して製造する方法は、発光層の成長温
度と実質的に同じ温度で発光層上に第１のＡｌ xＧａ1-x
Ｎ（０．０５≦ｘ≦０．２）層を成長させ、その第１の
ＡｌxＧａ1-xＮ層の成長温度より高くかつ８５０℃≦Ｔ
≦１０００℃の範囲内の温度Ｔで第２のＡｌxＧａ1-xＮ
（０≦ｘ≦０．３）層を成長させるステップを含んでい
る。
含有する窒化物半導体発光層と、その発光層上に形成さ
れた窒化物半導体層を含む窒化物半導体発光素子を気相
結晶成長法を利用して製造する方法は、発光層の成長温
度と実質的に同じ温度で発光層上に第１のＡｌ xＧａ1-x
Ｎ（０．０５≦ｘ≦０．２）層を成長させ、その第１の
ＡｌxＧａ1-xＮ層の成長温度より高くかつ８５０℃≦Ｔ
≦１０００℃の範囲内の温度Ｔで第２のＡｌxＧａ1-xＮ
（０≦ｘ≦０．３）層を成長させるステップを含んでい
る。
【００１５】すなわち、十分な電気的特性が得られる第
２のＡｌＧａＮ保護層の成長温度まで第１のＡｌＧａＮ
保護層でＩｎＧａＮ発光層を保護し、その後に比較的高
温においてＭｇの活性化率の高い第２のＡｌＧａＮ保護
層を成長させることによって発光層の熱劣化を防止する
ことができる。この場合に、第１の保護層のＡｌ混晶比
ｘは、０．０５≦ｘ≦０．２の範囲内にあることが望ま
れる。なぜならば、第１保護層のＡｌ混晶比ｘが０．０
５より小さい場合にはその保護機能が十分ではないから
である。他方、ｘが０．２より大きい場合には、その第
１保護層上に成長させられる第２保護層とコンタクト層
に歪みが導入されやすくなるからである。すなわち、第
１保護層の界面に凹凸が発生し、得られる発光素子のＥ
Ｌ発光時に電流リークが生じて、その素子の発光特性と
寿命の低下を引起す。同様の理由から、第１保護層の厚
さｄ1も、１ｎｍ≦ｄ1≦５０ｎｍの範囲内にあることが
好ましい。
２のＡｌＧａＮ保護層の成長温度まで第１のＡｌＧａＮ
保護層でＩｎＧａＮ発光層を保護し、その後に比較的高
温においてＭｇの活性化率の高い第２のＡｌＧａＮ保護
層を成長させることによって発光層の熱劣化を防止する
ことができる。この場合に、第１の保護層のＡｌ混晶比
ｘは、０．０５≦ｘ≦０．２の範囲内にあることが望ま
れる。なぜならば、第１保護層のＡｌ混晶比ｘが０．０
５より小さい場合にはその保護機能が十分ではないから
である。他方、ｘが０．２より大きい場合には、その第
１保護層上に成長させられる第２保護層とコンタクト層
に歪みが導入されやすくなるからである。すなわち、第
１保護層の界面に凹凸が発生し、得られる発光素子のＥ
Ｌ発光時に電流リークが生じて、その素子の発光特性と
寿命の低下を引起す。同様の理由から、第１保護層の厚
さｄ1も、１ｎｍ≦ｄ1≦５０ｎｍの範囲内にあることが
好ましい。
【００１６】第２保護層に関しては、Ａｌ混晶比ｘが０
≦ｘ≦０．３の範囲内にあることが望まれ、比較的高い
８５０℃≦Ｔ≦１０００℃の範囲内の温度Ｔにおいて成
長させられることが望まれる。なぜならば、第２保護層
のＡｌ混晶比ｘが０．３より大きい場合には、下地層と
の間に歪みを生じてその第２保護層およびその上に形成
されるコンタクト層に歪みを導入し、それらの層の界面
に凹凸を生じるからである。逆に、第２保護層のＡｌ混
晶比ｘが０の場合にはその第２保護層において非常に良
好な電気的特性が得られる。また、８５０℃以上の成長
温度が望まれるのは、８５０℃以下の成長温度では第２
保護層中のドーパントの活性化率が低くなってその第２
保護層が高抵抗になるからである。他方、１０００℃よ
り高い成長温度であっても第２保護層の電気的特性には
特に問題を生じないが、第１の保護層はそのような高温
までの昇温に耐えなくて、第１保護層表面に凹凸が発生
するので好ましくない。このような凹凸は、得られる発
光素子のＥＬ発光時において電流リークを生じ、発光素
子の発光特性と寿命の低下を引起す。同様の理由から、
第２保護層の厚さｄ2も４ｎｍ≦ｄ2≦９９ｎｍの範囲内
にあることが好ましく、したがって第１と第２の保護層
の合計厚さｄ1＋ｄ2は５ｎｍ≦ｄ1＋ｄ2≦１００ｎｍの
範囲内にあることが好ましい。
≦ｘ≦０．３の範囲内にあることが望まれ、比較的高い
８５０℃≦Ｔ≦１０００℃の範囲内の温度Ｔにおいて成
長させられることが望まれる。なぜならば、第２保護層
のＡｌ混晶比ｘが０．３より大きい場合には、下地層と
の間に歪みを生じてその第２保護層およびその上に形成
されるコンタクト層に歪みを導入し、それらの層の界面
に凹凸を生じるからである。逆に、第２保護層のＡｌ混
晶比ｘが０の場合にはその第２保護層において非常に良
好な電気的特性が得られる。また、８５０℃以上の成長
温度が望まれるのは、８５０℃以下の成長温度では第２
保護層中のドーパントの活性化率が低くなってその第２
保護層が高抵抗になるからである。他方、１０００℃よ
り高い成長温度であっても第２保護層の電気的特性には
特に問題を生じないが、第１の保護層はそのような高温
までの昇温に耐えなくて、第１保護層表面に凹凸が発生
するので好ましくない。このような凹凸は、得られる発
光素子のＥＬ発光時において電流リークを生じ、発光素
子の発光特性と寿命の低下を引起す。同様の理由から、
第２保護層の厚さｄ2も４ｎｍ≦ｄ2≦９９ｎｍの範囲内
にあることが好ましく、したがって第１と第２の保護層
の合計厚さｄ1＋ｄ2は５ｎｍ≦ｄ1＋ｄ2≦１００ｎｍの
範囲内にあることが好ましい。
【００１７】発光層の成長温度と同じ温度で第１保護層
を成長させる前に結晶成長中断ステップを挿入すること
は、発光層の結晶性を改善して歪みを抑制し、それに伴
って、発光層上に成長させられる第１と第２の保護層の
歪みを抑制してそれらの保護層の結晶性を改善すること
ができる。このとき、結晶成長中断時間ｔが３０ｓｅｃ
≦ｔ≦６００ｓｅｃの範囲内にあり、かつ少なくとも窒
素またはアンモニアを含むガス雰囲気中で結晶成長が中
断させられることが好ましい。なぜならば、窒素または
アンモニアを含むガス雰囲気中で結晶成長を中断させる
ことによって、ＩｎＧａＮ発光層のＩｎとＮの解離によ
る熱劣化を抑制しつつその発光層のアニーリングを行な
えるからである。また、結晶成長中断時間が３０ｓｅｃ
より短ければアニーリングによる発光層の結晶性の改善
が十分ではなく、逆に中断時間が６００ｓｅｃより長け
れば発光層中のＩｎとＮの解離を十分に抑制することが
困難となって発光層の熱劣化を生じやすくなるので好ま
しくない。
を成長させる前に結晶成長中断ステップを挿入すること
は、発光層の結晶性を改善して歪みを抑制し、それに伴
って、発光層上に成長させられる第１と第２の保護層の
歪みを抑制してそれらの保護層の結晶性を改善すること
ができる。このとき、結晶成長中断時間ｔが３０ｓｅｃ
≦ｔ≦６００ｓｅｃの範囲内にあり、かつ少なくとも窒
素またはアンモニアを含むガス雰囲気中で結晶成長が中
断させられることが好ましい。なぜならば、窒素または
アンモニアを含むガス雰囲気中で結晶成長を中断させる
ことによって、ＩｎＧａＮ発光層のＩｎとＮの解離によ
る熱劣化を抑制しつつその発光層のアニーリングを行な
えるからである。また、結晶成長中断時間が３０ｓｅｃ
より短ければアニーリングによる発光層の結晶性の改善
が十分ではなく、逆に中断時間が６００ｓｅｃより長け
れば発光層中のＩｎとＮの解離を十分に抑制することが
困難となって発光層の熱劣化を生じやすくなるので好ま
しくない。
【００１８】以上のように、本発明によれば、ＩｎＧａ
Ｎ活性層の熱劣化を生じることなく発光素子を作成する
ことができる。また、第２保護層を高い温度で形成でき
るので、それに含まれるドーパントの活性化率を高める
ことができ、それに伴って発光素子のホール注入効率を
改善することができる。そして、それらの結果として、
発光効率が高くかつ長寿命の窒化物半導体発光素子を歩
留りよく提供することができる。
Ｎ活性層の熱劣化を生じることなく発光素子を作成する
ことができる。また、第２保護層を高い温度で形成でき
るので、それに含まれるドーパントの活性化率を高める
ことができ、それに伴って発光素子のホール注入効率を
改善することができる。そして、それらの結果として、
発光効率が高くかつ長寿命の窒化物半導体発光素子を歩
留りよく提供することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】（実施の形態１）図１は、本発明
による窒化物半導体発光素子の製造方法における基板温
度の時間変化の一例を示すグラフであり、図２は実施の
形態１による発光素子の層構造を示す模式的な断面図で
ある。
による窒化物半導体発光素子の製造方法における基板温
度の時間変化の一例を示すグラフであり、図２は実施の
形態１による発光素子の層構造を示す模式的な断面図で
ある。
【００２０】図２に示されているような窒化物半導体層
構造を形成するために、ＭＯＣＶＤ法を利用することが
できる。３族元素の輸送ガスとしては、ＴＭＧ（トリメ
チルガリウム）、ＴＥＧ（トリエチルガリウム）、ＴＭ
Ｉ（トリメチルインジウム）、ＴＭＡ（トリメチルアル
ミニウム）などを使用することができ、５族元素の輸送
ガスとしてはＮＨ3（アンモニア）を使用することがで
きる。ｎ型ドーパントの輸送ガスとしてはＳｉＨ4（シ
ラン）を使用することができ、ｐ型ドーパントの輸送ガ
スとしてはＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエチルマグネシ
ウム）またはエチルＣｐ2Ｍｇを使用することができ
る。
構造を形成するために、ＭＯＣＶＤ法を利用することが
できる。３族元素の輸送ガスとしては、ＴＭＧ（トリメ
チルガリウム）、ＴＥＧ（トリエチルガリウム）、ＴＭ
Ｉ（トリメチルインジウム）、ＴＭＡ（トリメチルアル
ミニウム）などを使用することができ、５族元素の輸送
ガスとしてはＮＨ3（アンモニア）を使用することがで
きる。ｎ型ドーパントの輸送ガスとしてはＳｉＨ4（シ
ラン）を使用することができ、ｐ型ドーパントの輸送ガ
スとしてはＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエチルマグネシ
ウム）またはエチルＣｐ2Ｍｇを使用することができ
る。
【００２１】図１と図２を参照して、まず、ステップ１
０１でサファイアＣ面基板１が水素雰囲気中で１１００
℃に加熱され、ステップ１０２においてその温度で熱ク
リーニングされる。ステップ１０３では基板温度が５５
０℃に下げられ、ステップ１０４でその温度が安定化さ
れた後に、ステップ１０５において厚さ５０ｎｍのＡｌ
Ｎバッファ層２が成長させられる。ステップ１０６では
基板温度が１０５０℃に上げられ、ステップ１０７にお
いて厚さ４μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層３
が成長させられる。
０１でサファイアＣ面基板１が水素雰囲気中で１１００
℃に加熱され、ステップ１０２においてその温度で熱ク
リーニングされる。ステップ１０３では基板温度が５５
０℃に下げられ、ステップ１０４でその温度が安定化さ
れた後に、ステップ１０５において厚さ５０ｎｍのＡｌ
Ｎバッファ層２が成長させられる。ステップ１０６では
基板温度が１０５０℃に上げられ、ステップ１０７にお
いて厚さ４μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層３
が成長させられる。
【００２２】ステップ１０８では基板温度が８００℃に
下げられ、ステップ１０９においてその温度が安定化さ
れる。その安定化された８００℃の下で、ステップ１１
０において厚さ２ｎｍのＳｉドープＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎ発
光層４が成長させられ、それに続くステップ１１１で結
晶成長中断時間として４０秒の間は３族元素の原料ガス
のみの供給が停止された状態を維持する。すなわち、Ｎ
Ｈ3とＮ2の混合雰囲気中で発光層４がアニーリングされ
る。その後、同じ８００℃の下で、ＩｎＧａＮ発光層４
の蒸発を防止するためにステップ１１２において２５ｎ
ｍの厚さを有する第１のＭｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8
Ｎ蒸発防止層５が成長させられる。ステップ１１３では
９００℃まで基板温度が上げられ、ステップ１１４にお
いて２５ｎｍの厚さを有する第２のＭｇドープｐ型Ｇａ
Ｎ蒸発防止層６が成長させられる。
下げられ、ステップ１０９においてその温度が安定化さ
れる。その安定化された８００℃の下で、ステップ１１
０において厚さ２ｎｍのＳｉドープＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎ発
光層４が成長させられ、それに続くステップ１１１で結
晶成長中断時間として４０秒の間は３族元素の原料ガス
のみの供給が停止された状態を維持する。すなわち、Ｎ
Ｈ3とＮ2の混合雰囲気中で発光層４がアニーリングされ
る。その後、同じ８００℃の下で、ＩｎＧａＮ発光層４
の蒸発を防止するためにステップ１１２において２５ｎ
ｍの厚さを有する第１のＭｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8
Ｎ蒸発防止層５が成長させられる。ステップ１１３では
９００℃まで基板温度が上げられ、ステップ１１４にお
いて２５ｎｍの厚さを有する第２のＭｇドープｐ型Ｇａ
Ｎ蒸発防止層６が成長させられる。
【００２３】ステップ１１５では基板温度が１０５０℃
まで上げられ、ステップ１１６において厚さ０．５μｍ
のＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層７が成長させら
れ、その後ステップ１１７で冷却される。このようにし
て、図２に示されているような半導体積層ウェハが作製
される。
まで上げられ、ステップ１１６において厚さ０．５μｍ
のＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層７が成長させら
れ、その後ステップ１１７で冷却される。このようにし
て、図２に示されているような半導体積層ウェハが作製
される。
【００２４】その後、図３の模式的な断面図に示されて
いるように、半導体ウェハはフォトリソグラフィとドラ
イエッチングの手法を利用して、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ
コンタクト層３の一部が露出するまでエッチングされ
る。このエッチングによって露出したＳｉドープｎ型Ｇ
ａＮコンタクト層３の表面にｎ型電極８が蒸着され、Ｍ
ｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層７の表面にｐ型透光性
電極９とｐ型電極１０が蒸着される。最後に、ウェハが
個々の発光素子チップに分割されて樹脂モールドが行な
われ、ＬＥＤ素子として完成する。
いるように、半導体ウェハはフォトリソグラフィとドラ
イエッチングの手法を利用して、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ
コンタクト層３の一部が露出するまでエッチングされ
る。このエッチングによって露出したＳｉドープｎ型Ｇ
ａＮコンタクト層３の表面にｎ型電極８が蒸着され、Ｍ
ｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層７の表面にｐ型透光性
電極９とｐ型電極１０が蒸着される。最後に、ウェハが
個々の発光素子チップに分割されて樹脂モールドが行な
われ、ＬＥＤ素子として完成する。
【００２５】以上のような実施の形態１による方法によ
って実際に作製されたＬＥＤ素子において、順方向の電
圧３．４Ｖと電流２０ｍＡの通電状態で発光ピーク波長
が４８０ｎｍの青緑色であり、発光出力は６ｍＷであっ
た。また、５ｍＡ〜２０ｍＡの範囲内の順方向電流にお
けるピーク波長シフト範囲は１ｎｍ以下であり、同一ウ
ェハから得られた複数の発光素子間におけるピーク波長
のばらつきは５ｎｍ以下であった。さらに、室温での２
０ｍＡの連続通電テストにおける発光素子の寿命は１０
０００時間以上であった。
って実際に作製されたＬＥＤ素子において、順方向の電
圧３．４Ｖと電流２０ｍＡの通電状態で発光ピーク波長
が４８０ｎｍの青緑色であり、発光出力は６ｍＷであっ
た。また、５ｍＡ〜２０ｍＡの範囲内の順方向電流にお
けるピーク波長シフト範囲は１ｎｍ以下であり、同一ウ
ェハから得られた複数の発光素子間におけるピーク波長
のばらつきは５ｎｍ以下であった。さらに、室温での２
０ｍＡの連続通電テストにおける発光素子の寿命は１０
０００時間以上であった。
【００２６】他方、図４と図５を参照して説明された先
行技術によって得られたＬＥＤ素子の具体例では、順方
向の電圧３．４Ｖと電流２０ｍＡにおいて発光出力は３
ｍＷであり、順方向電流５ｍＡ〜２０ｍＡの範囲内にお
けるピーク波長のシフト範囲は５ｎｍであった。また、
同一ウェハから得られた複数の発光素子間におけるピー
ク波長の変動範囲は１０ｎｍであり、室温での２０ｍＡ
の連続通電テストにおける素子寿命は５０００時間であ
った。
行技術によって得られたＬＥＤ素子の具体例では、順方
向の電圧３．４Ｖと電流２０ｍＡにおいて発光出力は３
ｍＷであり、順方向電流５ｍＡ〜２０ｍＡの範囲内にお
けるピーク波長のシフト範囲は５ｎｍであった。また、
同一ウェハから得られた複数の発光素子間におけるピー
ク波長の変動範囲は１０ｎｍであり、室温での２０ｍＡ
の連続通電テストにおける素子寿命は５０００時間であ
った。
【００２７】このような実施の形態１による図３のＬＥ
Ｄ素子と従来技術による図４のＬＥＤ素子との比較か
ら、実施の形態１では比較的高温の９００℃で第２蒸発
防止層６を成長させたことによってその電気的特性が改
善されてホールの注入効率が高められ、その結果として
素子の発光出力が改善されたことがわかる。さらに、ス
テップ１１１における結晶成長中断期間の効果による第
１蒸発防止層５の結晶性改善と、９００℃の高温におけ
る第２蒸発防止層６の結晶性改善の結果として、発光層
４に対するこれらの蒸発防止層による保護機能が強化さ
れて素子のピーク波長のばらつきを改善することができ
たと考えられる。
Ｄ素子と従来技術による図４のＬＥＤ素子との比較か
ら、実施の形態１では比較的高温の９００℃で第２蒸発
防止層６を成長させたことによってその電気的特性が改
善されてホールの注入効率が高められ、その結果として
素子の発光出力が改善されたことがわかる。さらに、ス
テップ１１１における結晶成長中断期間の効果による第
１蒸発防止層５の結晶性改善と、９００℃の高温におけ
る第２蒸発防止層６の結晶性改善の結果として、発光層
４に対するこれらの蒸発防止層による保護機能が強化さ
れて素子のピーク波長のばらつきを改善することができ
たと考えられる。
【００２８】要約すれば、実施の形態１によるＬＥＤ素
子においては、従来の製法によるＬＥＤ素子に比べて、
出力が２倍に、電流変化によるピーク波長シフトが１／
５に、同一ウェハから得られた各素子間のピーク波長の
ばらつきが１／２に、そして素子の寿命は倍以上に改善
されている。
子においては、従来の製法によるＬＥＤ素子に比べて、
出力が２倍に、電流変化によるピーク波長シフトが１／
５に、同一ウェハから得られた各素子間のピーク波長の
ばらつきが１／２に、そして素子の寿命は倍以上に改善
されている。
【００２９】（実施の形態２）図７は、本発明の実施の
形態２による発光素子を模式的な断面図で示している。
この素子の層構造の形成には、実施の形態１の場合と同
様のＭＯＣＶＤ法を用いることができる。
形態２による発光素子を模式的な断面図で示している。
この素子の層構造の形成には、実施の形態１の場合と同
様のＭＯＣＶＤ法を用いることができる。
【００３０】まず、ｎ型ＳｉＣ基板７０１を水素雰囲気
中で１１００℃において熱クリーニングした後に、基板
温度を５５０℃に下げ、厚さ４０ｎｍのＧａＮバッファ
層７０２が成長させられる。そして、基板温度を１０５
０℃まで上げた後に、厚さ４μｍのＳｉドープｎ型Ｇａ
Ｎ層７０３と厚さ５０ｎｍのＳｉドープｎ型Ａｌ0.1Ｇ
ａ0.9Ｎクラッド層７０４が順次に成長させられる。
中で１１００℃において熱クリーニングした後に、基板
温度を５５０℃に下げ、厚さ４０ｎｍのＧａＮバッファ
層７０２が成長させられる。そして、基板温度を１０５
０℃まで上げた後に、厚さ４μｍのＳｉドープｎ型Ｇａ
Ｎ層７０３と厚さ５０ｎｍのＳｉドープｎ型Ａｌ0.1Ｇ
ａ0.9Ｎクラッド層７０４が順次に成長させられる。
【００３１】次に、基板温度が７００℃に下げられ、４
原子層のＳｉドープｎ型Ｉｎ0.65Ｇａ0.35Ｎ発光層７０
５が成長させられた後に、ＮＨ3雰囲気中で６００秒間
放置される。その後、１０ｎｍの厚さを有する第１のＭ
ｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層７０６が同じ
７００℃で成長させられる。そして、８５０℃まで基板
温度が上げられ、５０ｎｍの厚さを有する第２のＭｇド
ープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0 .9Ｎクラッド層７０７が成長させ
られる。さらに、基板温度が１０５０℃まで上げられ、
厚さ０．５μｍのＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層７
０８が成長させられる。
原子層のＳｉドープｎ型Ｉｎ0.65Ｇａ0.35Ｎ発光層７０
５が成長させられた後に、ＮＨ3雰囲気中で６００秒間
放置される。その後、１０ｎｍの厚さを有する第１のＭ
ｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層７０６が同じ
７００℃で成長させられる。そして、８５０℃まで基板
温度が上げられ、５０ｎｍの厚さを有する第２のＭｇド
ープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0 .9Ｎクラッド層７０７が成長させ
られる。さらに、基板温度が１０５０℃まで上げられ、
厚さ０．５μｍのＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層７
０８が成長させられる。
【００３２】このようにして形成された半導体多層構造
を含むウェハは、ＳｉＣ基板の裏面にｎ型電極７０９が
蒸着され、Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層７０８上
にはｐ型透光性電極７１０とｐ型電極７１１が蒸着され
る。最後に、ウェハを各素子チップに分割して樹脂モー
ルドを行ない、ＬＥＤ素子として完成させられる。
を含むウェハは、ＳｉＣ基板の裏面にｎ型電極７０９が
蒸着され、Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層７０８上
にはｐ型透光性電極７１０とｐ型電極７１１が蒸着され
る。最後に、ウェハを各素子チップに分割して樹脂モー
ルドを行ない、ＬＥＤ素子として完成させられる。
【００３３】このような実施の形態２の製法によって得
られたＬＥＤ素子においては、順方向の電圧４．０Ｖと
電流２０ｍＡの通電において発光ピーク波長は５７０ｎ
ｍの黄色であり、発光出力は２ｍＷであった。また、１
０〜２０ｍＡの順方向電流の範囲内におけるピーク波長
のシフト範囲は５ｎｍであり、同一ウェハから得られた
複数の素子間におけるピーク波長の変動範囲は１０ｎｍ
であった。さらに、室温での２０ｍＡの連続通電テスト
における素子の寿命は５０００時間以上であった。
られたＬＥＤ素子においては、順方向の電圧４．０Ｖと
電流２０ｍＡの通電において発光ピーク波長は５７０ｎ
ｍの黄色であり、発光出力は２ｍＷであった。また、１
０〜２０ｍＡの順方向電流の範囲内におけるピーク波長
のシフト範囲は５ｎｍであり、同一ウェハから得られた
複数の素子間におけるピーク波長の変動範囲は１０ｎｍ
であった。さらに、室温での２０ｍＡの連続通電テスト
における素子の寿命は５０００時間以上であった。
【００３４】他方、第２のＡｌＧａＮ保護層７０７がＩ
ｎＧａＮ発光層７０５と同じ成長温度で形成されたこと
を除けば実施の形態２の製法と同様の製法によって得ら
れたＬＥＤ素子においては、順方向の電圧４．０Ｖと電
流２０ｍＡのもとで発光出力は１ｍＷであり、１０〜２
０ｍＡの順方向電流範囲におけるピーク波長シフト範囲
は２０ｎｍであった。また、同一のウェハから得られた
複数の素子間におけるピーク波長の変動範囲は３０ｎｍ
であり、各素子の寿命は１０００時間であった。
ｎＧａＮ発光層７０５と同じ成長温度で形成されたこと
を除けば実施の形態２の製法と同様の製法によって得ら
れたＬＥＤ素子においては、順方向の電圧４．０Ｖと電
流２０ｍＡのもとで発光出力は１ｍＷであり、１０〜２
０ｍＡの順方向電流範囲におけるピーク波長シフト範囲
は２０ｎｍであった。また、同一のウェハから得られた
複数の素子間におけるピーク波長の変動範囲は３０ｎｍ
であり、各素子の寿命は１０００時間であった。
【００３５】以上の結果から、８５０℃で第２のＭｇド
ープＡｌＧａＮ保護層７０７を成長させることにより、
電気的特性が改善されてホールの注入効率が高められた
結果として改善された発光出力を有するＬＥＤ素子が得
られることがわかる。また、ＡｌＧａＮ保護層の結晶性
が改善された結果として、発光層に対する保護機能が強
化されてピーク波長のばらつきを改善することができて
いる。
ープＡｌＧａＮ保護層７０７を成長させることにより、
電気的特性が改善されてホールの注入効率が高められた
結果として改善された発光出力を有するＬＥＤ素子が得
られることがわかる。また、ＡｌＧａＮ保護層の結晶性
が改善された結果として、発光層に対する保護機能が強
化されてピーク波長のばらつきを改善することができて
いる。
【００３６】要約すれば、実施の形態２によるＬＥＤ素
子では、従来技術によるＬＥＤ素子に比べて発光出力が
２倍、電流変化によるピーク波長シフトが１／４、素子
間のピーク波長のばらつきが１／２、素子寿命が５倍以
上に改善されている。
子では、従来技術によるＬＥＤ素子に比べて発光出力が
２倍、電流変化によるピーク波長シフトが１／４、素子
間のピーク波長のばらつきが１／２、素子寿命が５倍以
上に改善されている。
【００３７】（実施の形態３）図８は、本発明の実施の
形態３による発光素子の断面層構造を模式的に示してい
る。この実施の形態３においても、実施の形態１と同様
なＭＯＣＶＤ法を利用することができる。
形態３による発光素子の断面層構造を模式的に示してい
る。この実施の形態３においても、実施の形態１と同様
なＭＯＣＶＤ法を利用することができる。
【００３８】まず、ｎ型ＳｉＣ基板８０１を１１００℃
の水素雰囲気中で熱クリーニングした後に、基板温度を
５５０℃に下げ、厚さ３０ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層
８０２が成長させられる。次に、基板温度を１０５０℃
まで上げて、厚さ４μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮ層８０
３と厚さ０．５μｍのＳｉドープｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ
クラッド層８０４、および厚さ５０ｎｍのＳｉドープＧ
ａＮ光ガイド層８０５が順次に成長させられる。
の水素雰囲気中で熱クリーニングした後に、基板温度を
５５０℃に下げ、厚さ３０ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層
８０２が成長させられる。次に、基板温度を１０５０℃
まで上げて、厚さ４μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮ層８０
３と厚さ０．５μｍのＳｉドープｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ
クラッド層８０４、および厚さ５０ｎｍのＳｉドープＧ
ａＮ光ガイド層８０５が順次に成長させられる。
【００３９】次に、基板温度が７５０℃に下げられ、７
原子層のノンドープＩｎ0.35Ｇａ0. 65Ｎ発光層と厚さ２
０ｎｍのノンドープＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎバリア層とで周期
数３（３つの発光層と２つのバリア層を含む）の多重量
子井戸層８０６が成長させられる。このとき、結晶成長
中断期間として、発光層とバリア層の成長後にそれぞれ
３０秒と１５０秒の時間だけＮＨ3とＮ2の雰囲気にされ
る。その後、５０ｎｍの厚さを有する第１のＭｇドープ
ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎの蒸発防止層８０７が成長させら
れる。そして、１０００℃まで基板温度が上げられ、５
０ｎｍの厚さを有する第２のＭｇドープＧａＮの保護層
兼光ガイド層８０８が成長させられる。
原子層のノンドープＩｎ0.35Ｇａ0. 65Ｎ発光層と厚さ２
０ｎｍのノンドープＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎバリア層とで周期
数３（３つの発光層と２つのバリア層を含む）の多重量
子井戸層８０６が成長させられる。このとき、結晶成長
中断期間として、発光層とバリア層の成長後にそれぞれ
３０秒と１５０秒の時間だけＮＨ3とＮ2の雰囲気にされ
る。その後、５０ｎｍの厚さを有する第１のＭｇドープ
ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎの蒸発防止層８０７が成長させら
れる。そして、１０００℃まで基板温度が上げられ、５
０ｎｍの厚さを有する第２のＭｇドープＧａＮの保護層
兼光ガイド層８０８が成長させられる。
【００４０】その後、基板温度が１０５０℃まで上げら
れ、厚さ０．５μｍのＭｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ
クラッド層８０９、および厚さ０．５μｍのＭｇドープ
ｐ型ＧａＮコンタクト層８１０が順に成長させられる。
その後、ｎ型ＳｉＣ基板８０１の裏面がエッチング研磨
され、その裏面上にｎ型電極８１１が蒸着されるととも
に、ｐ型ＧａＮコンタクト層８１０上にｐ型透光性電極
８１２とｐ型電極８１３が蒸着される。最後に、ウェハ
の劈開によって長さ１ｍｍの共振器を含むチップに分割
することによって複数のＬＤ素子が得られる。
れ、厚さ０．５μｍのＭｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ
クラッド層８０９、および厚さ０．５μｍのＭｇドープ
ｐ型ＧａＮコンタクト層８１０が順に成長させられる。
その後、ｎ型ＳｉＣ基板８０１の裏面がエッチング研磨
され、その裏面上にｎ型電極８１１が蒸着されるととも
に、ｐ型ＧａＮコンタクト層８１０上にｐ型透光性電極
８１２とｐ型電極８１３が蒸着される。最後に、ウェハ
の劈開によって長さ１ｍｍの共振器を含むチップに分割
することによって複数のＬＤ素子が得られる。
【００４１】実施の形態３に従って実際に作製されたＬ
Ｄ素子は５０ｍＡのしきい値電流を有し、波長４７０ｎ
ｍの光を室温で連続発振することができ、室温における
出力は１．５ｍＷであって、素子寿命は５０時間であっ
た。駆動電流５０〜１００ｍＡにおける発振波長のシフ
ト範囲は０．５ｎｍ以下であり、同一ウェハから得られ
た複数のＬＤ素子間における発振波長のばらつきは５ｎ
ｍ以下であった。
Ｄ素子は５０ｍＡのしきい値電流を有し、波長４７０ｎ
ｍの光を室温で連続発振することができ、室温における
出力は１．５ｍＷであって、素子寿命は５０時間であっ
た。駆動電流５０〜１００ｍＡにおける発振波長のシフ
ト範囲は０．５ｎｍ以下であり、同一ウェハから得られ
た複数のＬＤ素子間における発振波長のばらつきは５ｎ
ｍ以下であった。
【００４２】他方、第２のＡｌＧａＮ保護層８０８が発
光層８０６と同じ温度で成長させられたことを除けば実
施の形態３の製法と同様の製法によって比較例としての
ＬＤ素子が作製された。この比較例としてのＬＤ素子に
おいては、しきい値電流が８０ｍＡであり、素子寿命は
２７時間であり、そして駆動電流５０〜１００ｍＡの範
囲内における発振波長のピークシフトは５ｎｍであっ
た。
光層８０６と同じ温度で成長させられたことを除けば実
施の形態３の製法と同様の製法によって比較例としての
ＬＤ素子が作製された。この比較例としてのＬＤ素子に
おいては、しきい値電流が８０ｍＡであり、素子寿命は
２７時間であり、そして駆動電流５０〜１００ｍＡの範
囲内における発振波長のピークシフトは５ｎｍであっ
た。
【００４３】このような実施の形態３と比較例との比較
から、第２のＡｌＧａＮ保護層８０８として１０００℃
の比較的高温でＭｇドープＧａＮ層を形成したことによ
り、その保護層の電気的特性が改善されてホールの注入
効率が高められた結果として、素子の発光出力が改善さ
れていることがわかる。また、活性層とバリア層のそれ
ぞれの成長直後に結晶成長中断時間を挿入したことは、
多重量子井戸のモホロジーの改善に伴ってＡｌＧａＮ保
護層８０７，８０８の結晶性の改善をもたらし、その結
果として発光層８０６に対する保護層の保護機能が強化
され、ピーク波長のばらつきが改善されている。そし
て、実施の形態３によってＬＤ素子の駆動電流の低減を
図ることができ、安定した発振波長を有する長寿命のＬ
Ｄ素子を提供することができる。
から、第２のＡｌＧａＮ保護層８０８として１０００℃
の比較的高温でＭｇドープＧａＮ層を形成したことによ
り、その保護層の電気的特性が改善されてホールの注入
効率が高められた結果として、素子の発光出力が改善さ
れていることがわかる。また、活性層とバリア層のそれ
ぞれの成長直後に結晶成長中断時間を挿入したことは、
多重量子井戸のモホロジーの改善に伴ってＡｌＧａＮ保
護層８０７，８０８の結晶性の改善をもたらし、その結
果として発光層８０６に対する保護層の保護機能が強化
され、ピーク波長のばらつきが改善されている。そし
て、実施の形態３によってＬＤ素子の駆動電流の低減を
図ることができ、安定した発振波長を有する長寿命のＬ
Ｄ素子を提供することができる。
【００４４】（実施の形態４）図９は、本発明の実施の
形態４による発光素子を模式的な断面図で示している。
この素子の層構造の形成にも、実施の形態１の場合と同
様のＭＯＣＶＤ法を用いることができる。
形態４による発光素子を模式的な断面図で示している。
この素子の層構造の形成にも、実施の形態１の場合と同
様のＭＯＣＶＤ法を用いることができる。
【００４５】まず、サファイア基板９０１を水素雰囲気
中で１１００℃において熱クリーニングした後に、基板
温度を５５０℃に下げ、厚さ５０ｎｍのＡｌＮバッファ
層９０２が成長させられる。そして、基板温度を１０５
０℃まで上げた後に厚さ４μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮ
層９０３が成長させられる。
中で１１００℃において熱クリーニングした後に、基板
温度を５５０℃に下げ、厚さ５０ｎｍのＡｌＮバッファ
層９０２が成長させられる。そして、基板温度を１０５
０℃まで上げた後に厚さ４μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮ
層９０３が成長させられる。
【００４６】次に、基板温度が８００℃に下げられ、厚
さ２ｎｍのＳｉドープＩｎ0.05Ｇａ 0.95Ｎ0.97Ａｓ0.03
発光層９０４が成長させられた後に、ＮＨ3とＮ2の雰囲
気中で６０秒間放置される。その後、１０ｎｍの厚さを
有する第１のＭｇドープｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ蒸発防
止層９０５が、同じ８００℃で成長させられる。そし
て、９５０℃まで基板温度をが上げられ、２５ｎｍの厚
さを有する第２のＭｇドープｐ型ＧａＮ蒸発防止層９０
６が成長させられる。さらに、基板温度が１０５０℃ま
で上げられ、厚さ０．５μｍのＭｇドープｐ型ＧａＮコ
ンタクト層９０７が成長させられる。
さ２ｎｍのＳｉドープＩｎ0.05Ｇａ 0.95Ｎ0.97Ａｓ0.03
発光層９０４が成長させられた後に、ＮＨ3とＮ2の雰囲
気中で６０秒間放置される。その後、１０ｎｍの厚さを
有する第１のＭｇドープｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ蒸発防
止層９０５が、同じ８００℃で成長させられる。そし
て、９５０℃まで基板温度をが上げられ、２５ｎｍの厚
さを有する第２のＭｇドープｐ型ＧａＮ蒸発防止層９０
６が成長させられる。さらに、基板温度が１０５０℃ま
で上げられ、厚さ０．５μｍのＭｇドープｐ型ＧａＮコ
ンタクト層９０７が成長させられる。
【００４７】このようにして形成された半導体多層構造
を含むウェハは、実施例１の場合と同様に、フォトリソ
グラフィとドライエッチングの手法を利用して、Ｓｉド
ープｎ型ＧａＮコンタクト層９０３の一部が露出するま
でエッチングされる。このエッチングによって露出した
Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層９０３の表面にｎ型
電極９０８が蒸着され、Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタク
ト層９０７上にはｐ型透光性電極９０９とｐ型電極９１
０が蒸着される。最後に、ウェハを各素子チップに分割
して樹脂モールドを行ない、ＬＥＤ素子として完成させ
られる。
を含むウェハは、実施例１の場合と同様に、フォトリソ
グラフィとドライエッチングの手法を利用して、Ｓｉド
ープｎ型ＧａＮコンタクト層９０３の一部が露出するま
でエッチングされる。このエッチングによって露出した
Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層９０３の表面にｎ型
電極９０８が蒸着され、Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタク
ト層９０７上にはｐ型透光性電極９０９とｐ型電極９１
０が蒸着される。最後に、ウェハを各素子チップに分割
して樹脂モールドを行ない、ＬＥＤ素子として完成させ
られる。
【００４８】このような実施の形態４の製法によって得
られたＬＥＤ素子では、順方向の電圧３．１Ｖと電流２
０ｍＡの通電状態で発光ピーク波長が４７０ｎｍの青色
であり、発光出力は３．５ｍＷであった。また、５〜２
０ｍＡの範囲内の順方向電流におけるピーク波長のシフ
ト範囲は１ｎｍ以下であり、同一ウェハから得られた複
数の発光素子間におけるピーク波長のばらつきは３ｎｍ
以下であった。さらに、室温での２０ｍＡの連続通電テ
ストにおける発光素子の寿命は、１８０００時間以上で
あった。
られたＬＥＤ素子では、順方向の電圧３．１Ｖと電流２
０ｍＡの通電状態で発光ピーク波長が４７０ｎｍの青色
であり、発光出力は３．５ｍＷであった。また、５〜２
０ｍＡの範囲内の順方向電流におけるピーク波長のシフ
ト範囲は１ｎｍ以下であり、同一ウェハから得られた複
数の発光素子間におけるピーク波長のばらつきは３ｎｍ
以下であった。さらに、室温での２０ｍＡの連続通電テ
ストにおける発光素子の寿命は、１８０００時間以上で
あった。
【００４９】他方、発光層がＩｎＧａＮで形成されたこ
と以外は実施の形態４と同様の製法によって、比較例と
してのＬＥＤ素子が作製された。この比較例としてのＬ
ＥＤ素子においては、順方向電圧３．４Ｖと電流２０ｍ
Ａの下で発光出力が２．５ｍＷであり、５〜２０ｍＡの
順方向電流範囲におけるピーク波長のシフト範囲は１ｎ
ｍ以下であった。また、同一ウェハから得られた複数の
素子間におけるピーク波長の変動範囲は５ｎｍであり、
素子の寿命は１００００時間であった。
と以外は実施の形態４と同様の製法によって、比較例と
してのＬＥＤ素子が作製された。この比較例としてのＬ
ＥＤ素子においては、順方向電圧３．４Ｖと電流２０ｍ
Ａの下で発光出力が２．５ｍＷであり、５〜２０ｍＡの
順方向電流範囲におけるピーク波長のシフト範囲は１ｎ
ｍ以下であった。また、同一ウェハから得られた複数の
素子間におけるピーク波長の変動範囲は５ｎｍであり、
素子の寿命は１００００時間であった。
【００５０】このような実施の形態４と比較例との比較
から、発光層をＩｎＧａＮＡｓで形成することにより、
素子の発光出力と寿命がともに改善されていることがわ
かる。これは、ＩｎＧａＮ発光層中のＮを微小な原子比
率ｘだけＡｓで置換するように、好ましくは０．００１
≦ｘ≦０．２の範囲内で混入させることにより、ＩｎＧ
ａＮ発光層と比較して同じ発光波長を得るためのＩｎの
混晶比を低くすることができるからであると考えられ
る。すなわち、発光層中のＩｎ含有率が低くなることに
よって、結晶成長中断中のＩｎの解離による結晶の劣化
を抑制することができ、第１のＡｌＧａＮ保護層９０５
と第２のＧａＮ保護層９０６の結晶性も改善される。
から、発光層をＩｎＧａＮＡｓで形成することにより、
素子の発光出力と寿命がともに改善されていることがわ
かる。これは、ＩｎＧａＮ発光層中のＮを微小な原子比
率ｘだけＡｓで置換するように、好ましくは０．００１
≦ｘ≦０．２の範囲内で混入させることにより、ＩｎＧ
ａＮ発光層と比較して同じ発光波長を得るためのＩｎの
混晶比を低くすることができるからであると考えられ
る。すなわち、発光層中のＩｎ含有率が低くなることに
よって、結晶成長中断中のＩｎの解離による結晶の劣化
を抑制することができ、第１のＡｌＧａＮ保護層９０５
と第２のＧａＮ保護層９０６の結晶性も改善される。
【００５１】また、この効果によって、第１のＡｌＧａ
Ｎ保護層９０５の保護機能をある程度弱めても、発光層
９０４に問題を生じることなく第２の保護層成長温度ま
で昇温し得るようになる。すなわち、ＩｎＧａＮＡｓ結
晶の保護に必要であるが電気的特性の劣る第１のＡｌＧ
ａＮ保護層９０５の厚さとＡｌ混晶比を低くすることが
でき、第１のＡｌＧａＮ保護層９０５の上側界面の微細
な凹凸の発生を抑制することができる。したがって、そ
のような界面凹凸による電流リークを低減することがで
き、かつ第２保護層９０６とコンタクト層９０７への歪
みの伝達をも低減することができる。これらの理由によ
って、実施の形態４における発光素子の発光出力と寿命
がともに改善されたと考えられる。
Ｎ保護層９０５の保護機能をある程度弱めても、発光層
９０４に問題を生じることなく第２の保護層成長温度ま
で昇温し得るようになる。すなわち、ＩｎＧａＮＡｓ結
晶の保護に必要であるが電気的特性の劣る第１のＡｌＧ
ａＮ保護層９０５の厚さとＡｌ混晶比を低くすることが
でき、第１のＡｌＧａＮ保護層９０５の上側界面の微細
な凹凸の発生を抑制することができる。したがって、そ
のような界面凹凸による電流リークを低減することがで
き、かつ第２保護層９０６とコンタクト層９０７への歪
みの伝達をも低減することができる。これらの理由によ
って、実施の形態４における発光素子の発光出力と寿命
がともに改善されたと考えられる。
【００５２】要約すれば、実施の形態４によるＩｎＧａ
ＮＡｓ発光層を含むＬＥＤ素子においては、ＩｎＧａＮ
発光層を含むＬＥＤ素子に比べて、出力が１．４倍以上
に、同一ウェハから得られる素子間のピーク波長のばら
つきが約１／２に、そして、素子寿命が１．８倍以上に
改善されるとともに、動作電圧も３．４Ｖから３．１Ｖ
へ低減されている。さらに、実施の形態４では発光層に
Ａｓが混入された場合について説明されたが、このＡｓ
と同様な原子比率の範囲内でＡｓの代わりに微量のＰを
用いても同様な効果が得られる。
ＮＡｓ発光層を含むＬＥＤ素子においては、ＩｎＧａＮ
発光層を含むＬＥＤ素子に比べて、出力が１．４倍以上
に、同一ウェハから得られる素子間のピーク波長のばら
つきが約１／２に、そして、素子寿命が１．８倍以上に
改善されるとともに、動作電圧も３．４Ｖから３．１Ｖ
へ低減されている。さらに、実施の形態４では発光層に
Ａｓが混入された場合について説明されたが、このＡｓ
と同様な原子比率の範囲内でＡｓの代わりに微量のＰを
用いても同様な効果が得られる。
【００５３】（実施の形態５）図１０は、本発明の実施
の形態５による発光素子を模式的な断面図で示してい
る。この素子の層構造の形成にも、実施の形態１の場合
と同様のＭＯＣＶＤ法を用いることができる。
の形態５による発光素子を模式的な断面図で示してい
る。この素子の層構造の形成にも、実施の形態１の場合
と同様のＭＯＣＶＤ法を用いることができる。
【００５４】まず、ｎ型ＧａＮ基板１００１を水素とア
ンモニアの混合雰囲気中で１１００℃において熱クリー
ニングした後に、基板温度を５５０℃に下げ、厚さ４５
ｎｍのＧａＮバッファ層１００２が成長させられる。そ
して、基板温度を１０５０℃まで上げた後に、厚さ０．
５μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮ層１００３が成長させら
れる。
ンモニアの混合雰囲気中で１１００℃において熱クリー
ニングした後に、基板温度を５５０℃に下げ、厚さ４５
ｎｍのＧａＮバッファ層１００２が成長させられる。そ
して、基板温度を１０５０℃まで上げた後に、厚さ０．
５μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮ層１００３が成長させら
れる。
【００５５】次に、基板温度が８００℃に下げられ、厚
さ２ｎｍのＳｉドープＩｎ0.35Ｇａ 0.65Ｎ発光層１００
４が成長させられた後に、ＮＨ3とＮ2の雰囲気中で３０
０秒間放置される。その後、５ｎｍの厚さを有する第１
のＭｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ蒸発防止層１００５
が、同じ８００℃で成長させられる。そして、９００℃
まで基板温度をが上げられ、２５ｎｍの厚さを有する第
２のＭｇドープｐ型ＧａＮ蒸発防止層１００６が成長さ
せられる。さらに、基板温度が１０５０℃まで上げら
れ、厚さ０．５μｍのＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト
層１００７が成長させられる。
さ２ｎｍのＳｉドープＩｎ0.35Ｇａ 0.65Ｎ発光層１００
４が成長させられた後に、ＮＨ3とＮ2の雰囲気中で３０
０秒間放置される。その後、５ｎｍの厚さを有する第１
のＭｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ蒸発防止層１００５
が、同じ８００℃で成長させられる。そして、９００℃
まで基板温度をが上げられ、２５ｎｍの厚さを有する第
２のＭｇドープｐ型ＧａＮ蒸発防止層１００６が成長さ
せられる。さらに、基板温度が１０５０℃まで上げら
れ、厚さ０．５μｍのＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト
層１００７が成長させられる。
【００５６】このようにして形成された半導体多層構造
を含むウェハは、ＧａＮ基板１００１の裏面にｎ型電極
１００８が蒸着され、Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト
層１００７上にはｐ型透光性電極１００９とｐ型電極１
０１０が蒸着される。最後に、ウェハを各素子チップに
分割して樹脂モールドを行ない、ＬＥＤ素子として完成
させられる。
を含むウェハは、ＧａＮ基板１００１の裏面にｎ型電極
１００８が蒸着され、Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト
層１００７上にはｐ型透光性電極１００９とｐ型電極１
０１０が蒸着される。最後に、ウェハを各素子チップに
分割して樹脂モールドを行ない、ＬＥＤ素子として完成
させられる。
【００５７】このような実施の形態５の製法によって得
られたＬＥＤ素子では、順方向の電圧３．０Ｖと電流２
０ｍＡの通電状態において発光ピーク波長が４７０ｎｍ
の青色であり、発光出力は４ｍＷであった。また、５〜
２０ｍＡの順方向電流の範囲内におけるピーク波長のシ
フト範囲は１ｎｍ以下であり、同一ウェハから得られた
複数の素子間におけるピーク波長の変動範囲は３ｎｍ以
下であった。さらに、室温での２０ｍＡの連続通電テス
トにおける発光素子の寿命は２５０００時間以上であっ
た。
られたＬＥＤ素子では、順方向の電圧３．０Ｖと電流２
０ｍＡの通電状態において発光ピーク波長が４７０ｎｍ
の青色であり、発光出力は４ｍＷであった。また、５〜
２０ｍＡの順方向電流の範囲内におけるピーク波長のシ
フト範囲は１ｎｍ以下であり、同一ウェハから得られた
複数の素子間におけるピーク波長の変動範囲は３ｎｍ以
下であった。さらに、室温での２０ｍＡの連続通電テス
トにおける発光素子の寿命は２５０００時間以上であっ
た。
【００５８】他方、サファイア基板上に形成されたこと
を除けば実施の形態５と同様の製法によって、比較例と
してのＬＥＤ素子が作製された。ただし、サファイア基
板は絶縁性であってその裏面にｎ型電極を形成すること
ができないので、実施例１の場合と同様に、フォトリソ
グラフィとドライエッチングの手法を利用して部分的に
露出されたＳｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層の表面に
ｎ型電極が形成された。この比較例としてのＬＥＤ素子
においては、順方向の電圧３．４Ｖと電流２０ｍＡの下
で発光出力は２ｍＷであり、５〜２０ｍＡの順方向電流
範囲におけるピーク波長シフト範囲は１ｎｍ以下であっ
た。また、同一ウェハから得られた複数の素子間におけ
るピーク波長の変動範囲は５ｎｍであり、素子の寿命は
１００００時間であった。
を除けば実施の形態５と同様の製法によって、比較例と
してのＬＥＤ素子が作製された。ただし、サファイア基
板は絶縁性であってその裏面にｎ型電極を形成すること
ができないので、実施例１の場合と同様に、フォトリソ
グラフィとドライエッチングの手法を利用して部分的に
露出されたＳｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層の表面に
ｎ型電極が形成された。この比較例としてのＬＥＤ素子
においては、順方向の電圧３．４Ｖと電流２０ｍＡの下
で発光出力は２ｍＷであり、５〜２０ｍＡの順方向電流
範囲におけるピーク波長シフト範囲は１ｎｍ以下であっ
た。また、同一ウェハから得られた複数の素子間におけ
るピーク波長の変動範囲は５ｎｍであり、素子の寿命は
１００００時間であった。
【００５９】このような実施の形態５と比較例との比較
から、基板としてＧａＮを用いることにより、素子の発
光出力と寿命がともに改善されていることがわかる。
から、基板としてＧａＮを用いることにより、素子の発
光出力と寿命がともに改善されていることがわかる。
【００６０】ＧａＮ基板上へのＩｎＧａＮ層の成長はサ
ファイア基板上の成長に比べればホモエピタキシャル成
長に近くなるので、その基板上に形成されるＩｎＧａＮ
発光層内の結晶欠陥を低減させることができる。したが
って、基板としてＧａＮを用いることにより、ＩｎＧａ
Ｎ発光層の結晶性とモホロジーが改善され、第１のＡｌ
ＧａＮ保護層１００５と第２のＧａＮ保護層１００６に
おける結晶性の改善をももたらす。このようなＧａＮ基
板の使用によるＩｎＧａＮ発光層の結晶性の改善は直接
的に発光効率の向上に寄与し、また長時間のアニールに
も耐え得るようになってさらなる結晶性の改善効果をも
もたらし、このような効果によって、第１のＡｌＧａＮ
保護層の保護機能をある程度弱めても発光層に問題を生
じることなく第２の保護層成長温度まで昇温し得るよう
になった。すなわち、ＩｎＧａＮ結晶の保護に必要であ
るが電気的特性の劣る第１のＡｌＧａＮ保護層１００５
の厚さとＡｌ混晶比を低くすることができ、第１のＡｌ
ＧａＮ保護層１００５の上側界面における微細な凹凸の
発生を抑制することができる。したがって、そのような
界面凹凸による電流リークを低減することができ、かつ
第２保護層１００６とコンタクト層１００７への歪みの
伝達を低減し得るので、素子の発光出力と寿命がともに
改善できたと考えられる。
ファイア基板上の成長に比べればホモエピタキシャル成
長に近くなるので、その基板上に形成されるＩｎＧａＮ
発光層内の結晶欠陥を低減させることができる。したが
って、基板としてＧａＮを用いることにより、ＩｎＧａ
Ｎ発光層の結晶性とモホロジーが改善され、第１のＡｌ
ＧａＮ保護層１００５と第２のＧａＮ保護層１００６に
おける結晶性の改善をももたらす。このようなＧａＮ基
板の使用によるＩｎＧａＮ発光層の結晶性の改善は直接
的に発光効率の向上に寄与し、また長時間のアニールに
も耐え得るようになってさらなる結晶性の改善効果をも
もたらし、このような効果によって、第１のＡｌＧａＮ
保護層の保護機能をある程度弱めても発光層に問題を生
じることなく第２の保護層成長温度まで昇温し得るよう
になった。すなわち、ＩｎＧａＮ結晶の保護に必要であ
るが電気的特性の劣る第１のＡｌＧａＮ保護層１００５
の厚さとＡｌ混晶比を低くすることができ、第１のＡｌ
ＧａＮ保護層１００５の上側界面における微細な凹凸の
発生を抑制することができる。したがって、そのような
界面凹凸による電流リークを低減することができ、かつ
第２保護層１００６とコンタクト層１００７への歪みの
伝達を低減し得るので、素子の発光出力と寿命がともに
改善できたと考えられる。
【００６１】要約すれば実施の形態５によるＧａＮ基板
上のＬＥＤ素子においては、サファイア基板上のＬＥＤ
素子に比べて、出力が２倍に、同一ウェハから得られた
複数の素子間のピーク波長のばらつきが約１／２に、そ
して素子寿命は２．５倍以上に改善されている。また、
実施の形態５によるＬＥＤ素子の動作電圧は、比較例に
おける３．４Ｖから３．０Ｖへ低減されている。
上のＬＥＤ素子においては、サファイア基板上のＬＥＤ
素子に比べて、出力が２倍に、同一ウェハから得られた
複数の素子間のピーク波長のばらつきが約１／２に、そ
して素子寿命は２．５倍以上に改善されている。また、
実施の形態５によるＬＥＤ素子の動作電圧は、比較例に
おける３．４Ｖから３．０Ｖへ低減されている。
【００６２】なお、実施の形態１〜４においてはサファ
イア基板またはＳｉＣ基板を用いた場合について説明さ
れたが、実施の形態１〜４における基板としてＧａＮを
用いることによって、実施の形態５で得られた効果と同
様の効果を得ることができる。また、用いられるＧａＮ
基板の結晶学的な基板面として、｛０００１｝、｛１−
１００｝、｛１１−２０｝、｛１−１０１｝、または
｛０１−１２｝などのように種々の面を好ましく用いる
ことができ、それらの面方位から±２度だけずれた基板
面を用いても実施の形態５と同様な効果を得ることがで
きる。
イア基板またはＳｉＣ基板を用いた場合について説明さ
れたが、実施の形態１〜４における基板としてＧａＮを
用いることによって、実施の形態５で得られた効果と同
様の効果を得ることができる。また、用いられるＧａＮ
基板の結晶学的な基板面として、｛０００１｝、｛１−
１００｝、｛１１−２０｝、｛１−１０１｝、または
｛０１−１２｝などのように種々の面を好ましく用いる
ことができ、それらの面方位から±２度だけずれた基板
面を用いても実施の形態５と同様な効果を得ることがで
きる。
【００６３】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、発光効
率が高くて長寿命の窒化物半導体発光素子を歩留りよく
製造することができる。
率が高くて長寿命の窒化物半導体発光素子を歩留りよく
製造することができる。
【図１】 本発明による窒化物半導体発光素子の製造方
法における基板温度の時間変化の一例を示すグラフであ
る。
法における基板温度の時間変化の一例を示すグラフであ
る。
【図２】 本発明の実施の形態１による窒化物半導体発
光素子の層構造を示す模式的な断面図である。
光素子の層構造を示す模式的な断面図である。
【図３】 実施の形態１による窒化物半導体発光素子を
示す模式的な断面図である。
示す模式的な断面図である。
【図４】 従来の製造方法による窒化物半導体発光素子
の模式的な断面図である。
の模式的な断面図である。
【図５】 従来の窒化物半導体素子の製造方法における
基板温度の時間変化の一例を示すグラフである。
基板温度の時間変化の一例を示すグラフである。
【図６】 ＡｌＧａＮ層の成長温度とそれに含まれるＭ
ｇドーパントの活性化率との関係を示すグラフである。
ｇドーパントの活性化率との関係を示すグラフである。
【図７】 本発明の実施の形態２による窒化物半導体発
光素子を示す模式的な断面図である。
光素子を示す模式的な断面図である。
【図８】 本発明の実施の形態３による窒化物半導体発
光素子を示す模式的な断面図である。
光素子を示す模式的な断面図である。
【図９】 本発明の実施の形態４による窒化物半導体発
光素子を示す模式的な断面図である。
光素子を示す模式的な断面図である。
【図１０】 本発明の実施の形態５による窒化物半導体
発光素子を示す模式的な断面図である。
発光素子を示す模式的な断面図である。
１ サファイアＣ面基板、２ ＡｌＮバッファ層、３
Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層、４ ＳｉドープＩ
ｎ0.4Ｇａ0.6Ｎ発光層、５ 第１のＭｇドープｐ型Ａｌ
0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層、６ 第２のＭｇドープｐ型Ｇ
ａＮ蒸発防止層、７ Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト
層、８ ｎ型電極、９ ｐ型透光性電極、１０ ｐ型電
極、４１ サファイアＣ面基板、４２ ＡｌＮバッファ
層、４３Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層、４４ Ｓ
ｉドープＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎ発光層、４５ Ｍｇドープｐ
型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層、４６ Ｍｇドープｐ型
ＧａＮコンタクト層、４７ ｎ型電極、４８ ｐ型透光
性電極、４９ ｐ型電極、７０１ ｎ型ＳｉＣ基板、７
０２ ＧａＮバッファ層、７０３ Ｓｉドープｎ型Ｇａ
Ｎ層、７０４ Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッ
ド層、７０５ Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.65Ｇａ0.35Ｎ発光
層、７０６ 第１のＭｇドープｐ型Ａｌ0. 2Ｇａ0.8Ｎ蒸
発防止層、７０７ 第２のＭｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ
0.9Ｎ蒸発防止層兼クラッド層、７０８ Ｍｇドープｐ
型ＧａＮ層、７０９ ｎ型電極、７１０ ｐ型透光性電
極、７１１ ｐ型電極、８０１ ｎ型ＳｉＣ基板、８０
２ ＡｌＧａＮバッファ層、８０３ Ｓｉドープｎ型Ｇ
ａＮ層、８０４ Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラ
ッド層、８０５ ＳｉドープＧａＮ光ガイド層、８０６
ノンドープＩｎ0.35Ｇａ0.65Ｎ発光層とノンドープＩｎ
0.1Ｇａ0.9Ｎバリア層とからなる周期数３（３つの発光
層と２つのバリア層を含む）の多重量子井戸層、８０７
第１のＭｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層、
８０８ 第２のＭｇドープＧａＮ蒸発防止層兼光ガイド
層、８０９ Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド
層、８１０ Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層、８１１ ｎ型電
極、８１２ ｐ型透光性電極、８１３ ｐ型電極、９０
１ サファイアＣ面基板、９０２ ＡｌＮバッファ層、
９０３ Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層、９０４Ｓ
ｉドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ0.97Ａｓ0.03発光層、９０
５ 第１のＭｇドープｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ蒸発防止
層、９０６ 第２のＭｇドープｐ型ＧａＮ蒸発防止層、
９０７ Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層、９０８
ｎ型電極、９０９ ｐ型透光性電極、９１０ ｐ型電
極、１００１ ｎ型ＧａＮ基板、１００２ＧａＮバッフ
ァ層、１００３ Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層、１００４
ＳｉドープＩｎ0.35Ｇａ0.65Ｎ発光層、１００５ 第１
のＭｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ蒸発防止層、１００
６ 第２のＭｇドープｐ型ＧａＮ蒸発防止層、１００７
Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層、１００８ ｎ型電
極、１００９ ｐ型透光性電極、１０１０ ｐ型電極。
Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層、４ ＳｉドープＩ
ｎ0.4Ｇａ0.6Ｎ発光層、５ 第１のＭｇドープｐ型Ａｌ
0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層、６ 第２のＭｇドープｐ型Ｇ
ａＮ蒸発防止層、７ Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト
層、８ ｎ型電極、９ ｐ型透光性電極、１０ ｐ型電
極、４１ サファイアＣ面基板、４２ ＡｌＮバッファ
層、４３Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層、４４ Ｓ
ｉドープＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎ発光層、４５ Ｍｇドープｐ
型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層、４６ Ｍｇドープｐ型
ＧａＮコンタクト層、４７ ｎ型電極、４８ ｐ型透光
性電極、４９ ｐ型電極、７０１ ｎ型ＳｉＣ基板、７
０２ ＧａＮバッファ層、７０３ Ｓｉドープｎ型Ｇａ
Ｎ層、７０４ Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッ
ド層、７０５ Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.65Ｇａ0.35Ｎ発光
層、７０６ 第１のＭｇドープｐ型Ａｌ0. 2Ｇａ0.8Ｎ蒸
発防止層、７０７ 第２のＭｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ
0.9Ｎ蒸発防止層兼クラッド層、７０８ Ｍｇドープｐ
型ＧａＮ層、７０９ ｎ型電極、７１０ ｐ型透光性電
極、７１１ ｐ型電極、８０１ ｎ型ＳｉＣ基板、８０
２ ＡｌＧａＮバッファ層、８０３ Ｓｉドープｎ型Ｇ
ａＮ層、８０４ Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラ
ッド層、８０５ ＳｉドープＧａＮ光ガイド層、８０６
ノンドープＩｎ0.35Ｇａ0.65Ｎ発光層とノンドープＩｎ
0.1Ｇａ0.9Ｎバリア層とからなる周期数３（３つの発光
層と２つのバリア層を含む）の多重量子井戸層、８０７
第１のＭｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層、
８０８ 第２のＭｇドープＧａＮ蒸発防止層兼光ガイド
層、８０９ Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド
層、８１０ Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層、８１１ ｎ型電
極、８１２ ｐ型透光性電極、８１３ ｐ型電極、９０
１ サファイアＣ面基板、９０２ ＡｌＮバッファ層、
９０３ Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層、９０４Ｓ
ｉドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ0.97Ａｓ0.03発光層、９０
５ 第１のＭｇドープｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ蒸発防止
層、９０６ 第２のＭｇドープｐ型ＧａＮ蒸発防止層、
９０７ Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層、９０８
ｎ型電極、９０９ ｐ型透光性電極、９１０ ｐ型電
極、１００１ ｎ型ＧａＮ基板、１００２ＧａＮバッフ
ァ層、１００３ Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層、１００４
ＳｉドープＩｎ0.35Ｇａ0.65Ｎ発光層、１００５ 第１
のＭｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ蒸発防止層、１００
６ 第２のＭｇドープｐ型ＧａＮ蒸発防止層、１００７
Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層、１００８ ｎ型電
極、１００９ ｐ型透光性電極、１０１０ ｐ型電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅原 聰 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 高平 宜幸 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BE11 BE15 DB08 ED06 EF03 FE02 HA02 5F041 AA03 CA34 CA40 CA49 CA57 CA65 5F045 AA04 AB17 AC19 AD12 AD13 AD14 AF02 AF04 CA09 DA52 EK27 GB05 5F073 AA51 AA74 CA07 CB19 DA05 EA28
Claims (8)
- 【請求項１】 Ｉｎを含有する窒化物半導体発光層と、
前記発光層上に形成された窒化物半導体層を含む窒化物
半導体発光素子を気相結晶成長法を利用して製造する方
法であって、 前記発光層の成長温度と実質的に同じ温度で前記発光層
上に第１のＡｌxＧａ1 -xＮ（０．０５≦ｘ≦０．２）層
を成長させ、 前記第１のＡｌxＧａ1-xＮ層の成長温度より高くかつ８
５０℃≦Ｔ≦１０００℃の範囲内の温度Ｔで第２のＡｌ
xＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．３）層を成長させるステップ
を含むことを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方
法。 - 【請求項２】 前記発光層の成長完了後と前記第１のＡ
ｌxＧａ1-xＮ層の成長開始前の間に所定の結晶成長中断
時間ｔが挿入されることを特徴とする請求項１に記載の
窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項３】 前記結晶成長中断時間ｔは３０ｓｅｃ≦
ｔ≦６００ｓｅｃの範囲内にあることを特徴とする請求
項２に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項４】 前記結晶成長中断時間ｔの間に、前記発
光層は窒素とアンモニアの少なくとも一方を含む雰囲気
ガス中に維持されることを特徴とする請求項２または３
に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項５】 前記第１のＡｌxＧａ1-xＮ層の厚さｄ1
は１ｎｍ≦ｄ1≦５０ｎｍの範囲にあることを特徴とす
る請求項１から４のいずれかの項に記載の窒化物半導体
発光素子の製造方法。 - 【請求項６】 前記第２のＡｌxＧａ1-xＮ層の厚さｄ2
は４ｎｍ≦ｄ2≦９９ｎｍの範囲内にあることを特徴と
する請求項１から５のいずれかの項に記載の窒化物半導
体発光素子の製造方法。 - 【請求項７】 前記第１のＡｌxＧａ1-xＮ層の厚さｄ1
と前記第２のＡｌxＧａ1-xＮ層の厚さｄ2は５ｎｍ≦ｄ1
＋ｄ2≦１００ｎｍの関係を満たすことを特徴とする請
求項１から６のいずれかの項に記載の窒化物半導体発光
素子の製造方法。 - 【請求項８】 前記第２のＡｌxＧａ1-xＮ層はＭｇがド
ープされることを特徴とする請求項１から７のいずれか
の項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
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